滑動軸承設(shè)計機械設(shè)計華中科技大學(xué).ppt

外圓磨床砂輪架,第七章 滑動軸承設(shè)計,一、滑動軸承的類型及其結(jié)構(gòu)型式,1. 類型,向心滑動軸承,推力滑動軸承,液體摩擦滑動軸承,非液體摩擦滑動軸承,動壓軸承,靜壓軸承,推力軸承,向心軸承,滾動軸承,滑動軸承的摩擦狀態(tài),潤滑油膜將摩擦表面完全隔開，只存 在液體分子間的摩擦,潤滑油膜部分地將摩擦表面隔開，部 分摩擦表面仍可直接接觸,摩擦表面間沒有任何物質(zhì)的摩擦,邊界摩擦常與半液體摩擦、半干摩擦并 存，通稱非液體摩擦,2. 結(jié)構(gòu)型式,向心軸承,推力軸承,剖分式,整體式,間隙可調(diào)式,自動調(diào)心式,實心式,空心式,單環(huán)式,多環(huán)式,結(jié)構(gòu)簡單 安裝困難 間隙不可調(diào),結(jié)構(gòu)較繁 間隙可調(diào) 廣泛采用,中間比壓大,3. 滑動軸承的適用場合,低速低載、精度不高,非液體摩擦滑動軸承,高速,滾動軸承壽命大為降低,重載,滾動軸承造價高,承受巨大沖擊和振動載荷,油膜的緩沖和阻尼作用,支承精度特別高,滑動軸承零件少,某些特殊場合,受徑向尺寸限制、曲軸軸承等,二、軸瓦的材料和結(jié)構(gòu),1. 軸瓦的材料,(1) 基本要求,耐磨性,磨損少,減摩性,摩擦系數(shù)小,其他要求：,抗膠合性,跑合性,耐腐蝕性,強度 ,(2) 常用材料,輕載、低速的軸瓦材料,錫基,鉛基,銻、銅鹼金屬硬粒,錫基體或鉛基體,綜合性能好,機械強度較低,價昂,軸承合金澆鑄在鋼或 鑄鐵的軸瓦基體上,錫青銅 中速、中載或重載,鋁青銅 低速重載,鉛青銅 高速重載,鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成 多孔性存油,用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合,塑料、橡膠、尼龍等,摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大,2. 軸瓦的結(jié)構(gòu),(1) 軸瓦的結(jié)構(gòu)要素,油孔,油溝,壁厚,定位唇,油室,定位唇：防止軸瓦在軸承中移動,壁厚,油孔和油溝：將油引入軸承,油室：存油,(2) 結(jié)構(gòu)型式,整體式,剖分式,三、滑動軸承的潤滑,1. 潤滑油,(1) 粘度,流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示,平行板間油的層流流動,貼近靜止扳的油層速度,貼近移動扳的油層速度,( 粘性流體粘性定律),比例常數(shù)，即動力粘度,設(shè)長寬高各為 1m 的流體，若上下 兩面發(fā)生 1m/s 的相對滑動，所需 施加的力為 1N 時， 則該流體的 粘度為 1 個國際單位制的動力粘度 記為 Pa.s,( 用于流體動力學(xué)計算 ),(潤滑油的粘度),單位換算,國際單位制,(2) 常用潤滑油,潤滑油牌號 一般為40 C 時運動粘度 的平均值,粘度溫度曲線,查得運動粘度,用于流體動力學(xué)計算,(3) 潤滑油的選擇,2. 潤滑脂,鈣基,抗水性好、耐熱性差、價廉,鈉基,抗水性差、耐熱性好、防腐性較好,鋰基,抗水性和耐熱性好,鋁基,抗水性好、有防銹作用、耐熱性差,主要指標,針入性：表征潤滑脂稀稠,潤滑脂越稠,滴點：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力,潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點20 30 C,四、非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計,1. 失效形式及計算準則,磨損,防止過度磨損,發(fā)熱引起膠合,防止膠合,單位面積摩擦功率,壓強,向心軸承,推力軸承,速度,向心軸承,推力軸承,油溝引起接觸 面積減小系數(shù),2. 設(shè)計步驟,(1) 選擇軸承結(jié)構(gòu)型式及材料,(2) 初定軸承基本型式和參數(shù),選擇寬徑比,(3) 校核計算,(4) 選擇軸承的配合,(5) 選擇潤滑劑和潤滑裝置,五、液體摩擦動壓向心滑動軸承的設(shè)計,1. 壓力油膜形成的原理,軸頸和軸瓦同心時,兩平行板的摩擦狀況,軸頸和軸瓦偏心時,兩傾斜板的摩擦狀況,(1) 兩平行板,(2) 兩傾斜板,層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)帶動前進,油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力,潤滑油不可壓縮,“擁擠”形成壓力,油的粘性和壓力的 作用，改變了油層 速度變化規(guī)律,2. 液體動壓潤滑的基本方程,對 y 積分：,邊界條件：,任意截面上單位寬度( z方向)的流量,則,流體是連續(xù)的,一維雷諾方程,討論之一：,由,油膜壓力沿 x 方向變化規(guī)律,平行板間油膜壓力沿 x 方向無變化， 等于入口處壓力 (壓力為 0),入口處速度圖形為凹形,出口處速度圖形為凸形,油膜厚度為,u 沿 y 方向線性分布,油膜壓力達,討論之二：,液體摩擦形成的條件,由,(1) 兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙,(2) 兩工作表面必須有一定的相對運動， 且 v 方向是從大口道小口,(3) 間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油,若,則,無粘度,各油層無速度,兩板間油無流動,不能形成油膜壓力,討論之三：,向心滑動軸承動壓油膜形成過程,(1) 停車,(2) 啟動,金屬直接 接觸,摩擦力使 軸頸右移,油膜壓力將軸 頸托起 其合力將軸頸 左推,油膜壓力將軸 頸完全托起 其合力與外載 平衡,3. 承載能力計算,(1) 轉(zhuǎn)換為極坐標系,偏心距,間隙,相對間隙,偏心率,最小油膜厚度,最大油膜壓力處的厚度,(2) 承載能力的推導(dǎo)過程,代入雷諾方程,承載區(qū)任意點 M 的油膜壓力,沿 y 方向的分壓力,沿 z 方向單位寬度上油膜壓力的合力,考慮端泄,油膜總壓力與外載 F 平衡,研究點 M,承載量系數(shù),采用國際單位：,由,則可計算承受多大的 徑向載荷 F,由,承載量系數(shù),則可計算承受外載 F 時要多大的,動壓潤滑條件：,4. 主要參數(shù)的選擇,(1) 相對間隙,(2) 寬徑比,的選擇：,經(jīng)驗公式,選軸承配合,計算,軸頸中心與軸承中心接近重合,反之，接近于 1,受表面粗糙度、幾何形狀誤差、軸變形、安裝誤差 等的限制,軸承表面粗糙度,軸頸表面粗糙度,(3) 偏心率,值越趨向于 0,一般：,(4) 最小油膜厚度,一般：,不可能無限小,動壓潤滑條件,5. 熱平衡計算,(1) 溫升公式,摩擦發(fā)熱量,流動油帶走的熱量,軸承散熱量,溫升,比熱,密度,散熱系數(shù),摩擦特性系數(shù),流量系數(shù),(2) 熱平衡計算,初定,計算,左右,初定值與計算值相差 大于 5C 時， 必須改 變參數(shù)重新計算,不得超過 30C,定得過高、粘度下降,定得過低、外部冷卻難,左右,設(shè)計動壓向心滑動軸承,已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求軸承剖分、L-AN32潤滑油,1 選結(jié)構(gòu)型式 正剖分軸承、剖分面兩側(cè)供油、包角為 180,2 選取寬徑比 0.8 1.0,3 軸承寬度(m) 0.16 0.2,4 壓強(MPa) 2.03 1.625,5 速度(m/s) 31.4,6 pv值(Mpa.m/s) 63.74 51.03,7 選軸瓦材料 ZSnSb11Ch6 p=25、v=80、pv=100,8 已知潤滑油牌號 L-AN32,9 初定平均溫度(C) 50,10 查運動粘度(mm2/s) 20,11 動力粘度(Pa.s) 0.018,12 選擇相對間隙 0.00145 0.0019 0.0023,13 選擇軸頸表面粗糙度(m) 1.6,14 選擇軸瓦表面粗糙度(m) 3.2,15 承載量系數(shù) 0.756 1.297 1.52,16 查偏心率 0.5 0.66 0.625,17 最小油膜厚度(mm) 0.0725 0.0646 0.08625,18 計算(23)(Rz1+Rz2)值 0.00960.0144,20 查摩擦特性系數(shù) 3.5 2.3 2.0,21 查流量系數(shù) 0.138 0.1